Лако-красочные материалы — производство

Металлические порошки использовали в качестве пигментов сравни­тельно давно, главным образом для придания покрытиям различных декоративных эффектов. Начиная с конца XIX в. основным назначением металлических пигментов является повышение противокоррозионных и защитных свойств лакокрасочных покрытий.

Алюминиевая пудра представляет собой частицы металлического алюминия, покрытые оболочкой из оксидов алюминия, парафина или стеарина. Частицы алюминиевой пудры имеют чешуйчатую форму, толщина чешуек около 1 мкм, диаметр 40—100 мкм.

Алюминиевая пудра сравнительно легко взаимодействует с кислотами и щелочами, в том числе с пленкообразователями, содержащими карбо­ксильные и эпоксидные группы.

Частицы алюминиевой пудры, благодаря наличию на их поверхности парафина (0,8—2 %), обладают способностью всплывать в лакокрасоч­ной пленке и располагаться параллельно поверхности (листоваться), образуя вблизи поверхности органического покрытия* металлическое покрытие, состоящее из плотно упакованных чешуек алюминиевой пудры. Свойства алюминиевой пудры определяют ее назначение в покрытиях: 1) придание покрытиям характерной декоративности (металлического блеска); 2) повышение отражательной способности покрытий к любым видам имучения (видимый свет, тепловое, УФ-излучение), что приводит к ГО1ЫШШИЮ укрывистости, свето — и теплоотражательной способности покрЬГШЙкА!„Повышение изолирующей способности покрытий.

Алюминиевая пудра предназначена для пигментирования лакокрасоч­ных материалов, используемых для окраски бензохранилищ, вагонов — холодильников и других подобных изделий. Отражение солнечных лучей снижает температуру таких объектов на 5—10 °С. Благодаря способности всплывать алюминиевую пудру с успехом применяют с дешевыми битум­ными лаками, черный цвет которых полностью укрывается блестящими частицами алюминия.

Основным показателем, определяющим применение алюминиевых порошков в качестве пигментов, является их способность к всплыванию. Эют показатель количественно оцени­вают путем определения укрывистости на воде, т. е. площади поверхности воды, которую может покрыть ровным слоем I г алюминиевой пудры. Этот показатель колеблется от 3000 до 30 000 см2/г в зависимости от обработки пигмента. Листующиеся сорта всплывают и образуют поверхность с металлическим блеском, нелистующиеся — серую суспензию.

Краски с алюминиевой пудрой часто изготавливают непосредственно перед применением во избежание загустевания. Пудра поставляется потребителям в сухом виде или в виде пасты в органическом растворителе.

Алюминиевую пудру получают преимущественно методом дробления в жидкой среде в присутствии ПАВ (например, бензина с олеиновой кисло­той) . Сырьем служит алюминиевая фольга, которая подвергается дробле­нию и истиранию в специальных дробилках в присутствии парафина или стеарина и в отсутствие кислорода воздуха (в среде инертного газа). Последнее обстоятельство обусловлено тем, что высокодисперсная алю­миниевая пудра с воздухом образует взрывоопасные смеси, а причиной взрыва является электризуемость чешуйчатых частиц и образование статического электричества. Для придания частицам зеркального блеска их полируют, пропуская через щетки и выдерживают 20—30 сут для ориен­тации адсорбционного слоя стеариновой кислоты. Хранят и перевозят алюминиевую пудру в герметично закрытой таре.

Цинковая пыль представляет собой порошок серого цвета, содержащий высокодисперсные частицы металлического цинка, покрытые тонкой оболочкой оксида и гидроксида цинка. Сранвительно легко взаимодей­ствует с кислотами и щелочами. Цвет пигмента — серый.

Основное назначение цинковой пыли — пигментирование противо­коррозионных протекторных грунтовок. Высокие противокоррозионные свойства цинковой пыли обусловлены тем, чю цинк имеет электрохими­ческий потенциал ниже, чем железо (—760 и —440 мВ соответственно), поэтому в электрохимической паре цинк — железо, возникающей в покры­тии в присутствии воды, частицы пигмента выполняют роль анода и растворяются в процессе эксплуатации покрытия, а металлическая подложка роль катода

Zn — 2e Ar=t ZnJ +

2H20 + 02 + 4> ,___ £ 40Н,

в результате чего имеет место пассивация стали за счет подщелачивания.

В процессе дальнейшей эксплуатации цинкнаполненных покрытий происходит уплотнение структуры покрытий за счет взаимодействия ионов цинка с диоксидом и оксидом углерода, находящимися в воздухе, Это сопровождается образованием нерастворимых карбонатов цинка уплот­няющих структуру пленки, что приводит к торможению коррозионного процесса.

Цинковая пыль находит применение для протекторной защиты рулон­ных стальных листов, предназначенных для штамповки и вытяжки.

Цинковую пыль получают распылением расплавленного металла — атомизацией, либо конденсацией паров в бескислородной среде. Пыль,

полученная атомизацией, имеет монодисперсные сферические частицы 2—3 мкм; для пыли, полученной конденсацией характерна неправильная форма частиц и повышенное содержание оксида цинка.

Свинцовый порошок представляет собой высокодисперсные частинці металлического свинца, покрытые оболочкой из оксидов свинца, стеарина или парафина. Основное назначение свинцового порошка — пигментиро­вание противокоррозионных лакокрасочных материалов. В отличие от алюминиевой пудры в покрытиях свинцовый порошок не листуется.

Противокоррозионное действие свинцового порошка обусловлено действием многих факторов: 1) протекторной защитой стальной подложки в области микрокатодов, так как при рН> 8 свинец имеет электрохими­ческий потенциал ниже, чем у железа; 2) ослаблением диффузии к под­ложке коррозионно-активных газов (ЗОз, С02, С12), вызывающих ускоре­ние коррозии стали, благодаря тому, что в высокодисперсном состоянии свинец реагирует с этими газами; образуются нерастворимые соли свинца (сульфаты, карбонаты и др.), уплотняющие пленку и повышающие ее изолирующую способность; 3) образованием свинцовых мыл с карбоксил­содержащими пленкообразователями, в результате чего снижается гидро — фильность полярных групп, увеличивается непроницаемость покрытия, по­вышается стойкость пленкообразователя к гидролизу; 4) образованием свинцовых солей с низкомолекулярными кислотами — продуктами окис­лительной деструкции пленкообразователеи, появляющимися в покрытиях в процессе их высокотемпературного отверждения и эксплуатации при по­вышенных температурах; кислые продукты деструкции способствуют коррозии, а в виде свинцовых солей они адсорбируются на поверхности микроанодов и ингибируют коррозионный процесс.

За рубежом выпускается пигмент субокс, обладающий высоким противокоррозионным действием и представляющий собой смесь порошка свинца (40 %) и оксида свинца а-формы (60 %) с частицами чешуйчатой формы.

Существенным недостатком свинцового порошка, ограничивающим его использование является высокая токсичность.

Свинцовые порошки получают распылением расплавленного свинца с последующим измельчением частиц в шаровых мельницах в присутствии парафина или стеарина или восстановлением оксида свинца генераторным газом (СО, Нг).

Порошки меди и бронзы представляют собой высокодисперсные чешуйчатые способные к листованию частицы меди и ее сплавов. Обладают заметной реакционной способностью к кислотам, могут взаимодействовать с карбоксильными группами пленкообразователеи.

Основное назначение этих пигментов — придание покрытиям метал­лического декоративного эффекта. Вследствие токсичности соединений меди данные пигменты ограниченно применяются лишь в необрастающих покрытиях для морских судов, порошки меди и бронзы входят также в состав некоторых полиграфических красок.

Порошки меди и бронзы получают путем размола металла в шаровых мельницах.

Порошки нержавеющих сталей, титана, хрома, никеля. Эта группа металлических пигментов имеет частицы чешуйчатой формы, получаемые дроблением металлов. Основное назначение пигментов — наполнение противокоррозионных лакокрасочных материалов. Противокоррозионное действие чешуйчатых металлических пигментов обусловлено возрастанием изолирующей способности покрытий при их наполнении частицами чещулМШЛЁКфмы, способными к листованию.

К перспективным пигментам противокоррозионного назначения от­носятся мало изученные соединения, не содержащие токсичных и за — [рязняющих окружающую среду компонентов, таких, как хром (VI) и свинец, проявляющие ингцбирующее действие в отношении коррозии металлов.

Ферриты цинка и кальция ZnFe02, CaFeCb. Противокоррозионное действие этих пигментов обусловлено их способностью образовывать соли с жирными кислотами пленкообразователей, что затрудняет про­никновение воды и кислорода через покрытие, а также основным характе­ром водной вытяжки. Установлено, что при высоком наполнении покрытия ферритами электрическая проводимость покрытия становится сравнимой

< проводимостью подложки. Поскольку электрохимический потенциал ферритов ниже, чем у железа, в таком покрытии начинает действовать механизм катодной защиты (аналогично действию цинковой пыли).

Метаборат бария Ва (ВОгЬ — ингибитор анодного процесса. Раствор и (абората бария под покрытием имеет рН около 9,3. Роль метабората о. фия заключается в буферировании раствора на границе подложка — покрытие.

Среди других производных борсодержащих кислот в качестве про- ииюкоррозионных пигментов используют бораты кальция и цинка, бораты

< нмиката и алюмосиликата кальция и других металлов.

Гидрид кремния SiH* — ингибитор катодного процесса. Содержит до К) 80 % водорода, являющегося восстановителем гидроксильных групп, мморые образуются при коррозии и вызывают отслаивание покрытий иеледствие гидролиза пленкообразователя на катодных участках.

Оксид марганца обладает противокоррозионным действием на уровне цинковых кронов.

Молибдатные пигменты, содержащие ион МоО!-, силициды, пред — Мсшляющие собой сплавы различных металлов с кремнием CaSI, CaSiBa, MgFeSi, AlBaCaFeSi, Mg2Si), станнаты кальция, стронция, цинка и других металлов, цианоферраты меди и цинка.

Вольфраматы, цирконаты, фтор- и боросиликаты — все перечисленные соединения как пигменты еще недостаточно изучены.